第8章绿色设计

第8章绿色设计8.2产品的绿色设计8.3绿色设计的原则与方法8.4绿色设计流程8.1绿色设计的概念绿色设计（GreenDesign）是20世纪80末出现的一股国际设计潮流，绿色设计反映了人们对于现代科技文化所引起的环境及生态破坏的反思，同时也体现了设计师道德和社会责任心的回归。•它为人们提供了一种解决人-机-环境关系协调的系统设计方法，是可持续发展的必然要求。8.1绿色设计的概念绿色设计:指在产品及其寿命周期全过程的设计中，要充分考虑对资源和环境的影响，在充分考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同时，更要优化各种相关因素，使产品及其制造过程中对环境的总体负面影响减到最小，各项指标符合绿色环保的要求。基本思想：在设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳入产品设计之中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求使产品对环境的影响为最小。8.1.1绿色设计的概念对工业设计而言，绿色设计的核心是“5R”•节约资源，减少污染（Reduce）；•绿色生活，环保选购（Reevaluate）；•重复使用，多次利用（Reuse）；•分类回收，循环再生（recycle）；•保护自然，万物共存（Rescue）等方面。不仅要减少物质和能源的消耗，减少有害物质的排放，而且要使产品及零部件能够方便的分类回收并再生循环或重新利用。8.1.2绿色设计的必要性任何一种产品，无论其寿命有多长，但它最终避免不了因老化损坏被废弃的结局。以往的设计，因没有绿色的意识，造成产品被废弃后不可回收，不可重复利用，从而使产品废弃物越积越多。同样因为没有绿色设计意识，在设计中会选择一些有毒的材料或难以降解的材料，从而使产生的产品废弃物污染环境。随着世界人口的剧增，产品废弃物生活垃圾产生的速度也越来越快，据报道，90年代以来，全世界每年要产生大约10亿吨生活垃圾，这几乎是整个人类体重的3倍。面对这堆积如山的垃圾，目前主要有3种处理方法：•（1）填埋；•（2）焚烧；•（3）堆肥。•这都是“有污治污”的末端处理方法。且在处理过程中有可能产生二次污染。为了从根本上解决垃圾问题，减少污染，只有在工业设计中走绿色设计的道路。•在国与国之间进行贸易时，有些工业发达国家会利用其先进技术和环境优势、实行他们的所谓“环境标志”或“绿色标志”，制造一种最大的非关税贸易壁垒，即“绿色贸易壁垒”，使发展中国家面临不利的贸易态势。•没有绿色标志的产品，一些发达国家就会拒绝进口，在价格和关税方面也不给予优惠，并采取歧视性待遇从而使发展中国家蒙受巨大的经济损失。•为了克服这种绿色贸易壁垒，我们所能做的就是大力提倡绿色设计，从根本上实现产品的绿色性。绿色产品：在不增加成本，不牺牲产品质量的条件下，在产品生命周期全过程中对生态环境无害或危害极小，资源利用率极高，能源消耗最低的产品。8.2产品的绿色设计8.2.1绿色产品的定义和内涵绿色产品的概念是20世纪70年代在美国政府起草的环境污染法规中首次提出的。真正的绿色产品首先诞生于前联邦德国，1987年实施“蓝天使”的计划。绿色产品具有丰富的内涵，其主要表现:（1）优良的环境友好性，即产品从生产到使用乃至废弃、回收、处理处置的各个环节都对环境无害或危害甚小。（2）最大限度地利用材料资源，绿色产品应尽量减少材料使用量，减少使用材料的种类，特别是稀有昂贵材料及有毒、有害材料。（3）最大限度地节约能源，绿色产品在其生命周期的各个环节所消耗的能源应最少。•绿色产品至今尚无严格准确的行业标准，但从消费市场来看，目前得到公认的绿色标准包括以下三条:（1）产品在生产过程中少用资源和能源，并且不污染环境。（2）产品在使用过程中能耗低，不会对使用者造成危害，也不会产生环境污染物。（3）产品使用后可以和易于拆卸、回收、翻新或能够安全废置并长期无虑。8.2.2绿色产品的评价标准及其认证北欧欧盟德国瑞典加拿大泰国辛巴威日本克罗地亚捷克各国绿色标志或称环境标志印度西班牙匈牙利奥地利美国法国荷兰新加坡新西兰以色列•我国于1993年实行绿色标志认证制度，并制订了严格的绿色标志产品标准。•目前涉及七类产品，即家用制冷器具、气溶胶制品、可降解地膜、车用无铅汽油、水性涂料和卫生纸。中国大陆香港地区台湾地区图8-2我国的绿色标志•我国的环境标志图形由青山、绿水、太阳和10个环组成，如图8-2所示。•中心结构表示人类赖以生存环境，外围的十个环紧密结合，表示公众参与，其寓意为“全民联合起来，共同保护人类赖以生存的环境”。绿色包装：指对生态环境和人体健康无害，能循环复用和再生利用，可促进持续发展的包装。•包装产品从原材料选择、产品制造、使用、回收和废弃物的整个过程均应符合保护生态环境的要求。•包括了节省资源、能源，减量、避免废弃物产生，易回收复用再循环利用，可焚烧或降解等保护生态环境要求的内容。8.2.3产品包装的绿色设计绿色包装一般具有四方面的内涵，即材料最省、废弃物最少，且节省资源和能源：•易于回收再利用和再循环•废弃物燃烧产生新能源而不产生二次污染:•包装材料最少和自行分解、不污染环境。推行绿色包装的目标：保存最大限度的自然资源、形成最小数量的废弃物和最低限度的环境污染。绿色消费：是一种追求健康，崇尚自然，有益于环境保护的消费方式，是人们为了生产和生活的需要，购买和消耗符合环境保护标准的商品。•利用消费者的环境意识在市场上形成一个庞大的环保消费趋势，来引导企业生产和制造符合环境标准的产品，以达到保护环境，实现人类与环境和谐演进的目标。•当人类的历史进入20世纪70年代后，随着环境问题恶化，人们的环保意识不断增强，尤其进入80年代，以保护环境为主题的“绿色运动”在全球逐步展开。8.2.4绿色消费•西方国家相继爆发了以“绿色食品”为主导的绿色革命。当人们在购买物品时，不仅仅关心产品功能、寿命、款式和价格，而且更加关心产品的环境性能，宁愿多花钱购买绿色产品。•据国外的一项消费调查表明，有75%以上的美国人表示，企业和产品的绿色形象会直接影响他们的购买行为在欧洲市场上有近一半的消费者购买产品时会考虑环保问题，其中94%的意大利人青睐于绿色产品，82%的德国人在消费产品时会注重环境因素，在亚洲、日本、韩国和香港等地的消费者也都热衷于绿色产品。绿色设计要求在设计产品时必须按环境保护的指标选用合理的原材料、结构和工艺，在制造和使用过程中降低能耗、不产生毒副作用，其产品易于拆卸和回收，回收的材料可用于再生产。8.3绿色设计的原则与方法8.3.1绿色设计与传统产品设计表8-1绿色设计与传统设计的比较比较因素传统设计绿色设计设计目的为需求而设计为需求和环境而设计，满足可持续发展的要求设计依据依据用户对产品提出的功能、性能、质量及成本要求来设计依据环境效益和生态环境指标与产品功能、性能、质量及成本要求来设计设计人员设计人员很少或没有考虑到有效的资源再生利用及对生态环境的影响要求设计人员在产品的构思及设计阶段，必须考虑降低能耗、资源重复利用和保护生态环境设计技术或工艺在产品设计、制造和使用过程中很少考虑产品回收处理（有也仅是有限的材材料回收），采取“末端治理”措施在产品设计、制造和使用过程中充分考虑可拆卸、易回收，不产生或产生最少的废弃物，从根本上消除了污染物的产生产品特性传统意义上的一般产品绿色产品或绿色标志产品绿色设计与传统设计相比较应遵循以下原则：（1）资源最佳利用原则（2）能量消耗最少原则（3）最小污染原则（4）零损害原则（5）技术先进原则（6）生态经济效益最佳原则8.3.2绿色设计的原则在进行绿色产品方案设计时，设计师必须要了解到绿色设计是一种与技术结合很紧密的设计。目前的绿色设计方法：生命周期设计，模块化设计，面向拆卸的设计，面向回收的设计、长寿命设计、节能设计、虚拟设计等。8.3.3产品绿色设计的关键技术产品生命周期(生命循环或寿命周期)：指产品从自然中来，到自然中去的全过程，即产品“从摇篮到坟墓”的整个生命过程各阶段。包括从自然中获取最初资源，经过开采、加工、再加工等生产过程形成最终产品，又经过产品存储、运输、销售、使用等过程，直至产品报废或处置，构成物质转化的一个生命周期。生命周期设计：面向产品生命周期所有环节、所有方面的设计。（1）生命周期设计模块化设计:对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能，不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，满足不同的需求。•设计时将各个部件设计成一个个相对独立的模块，各模块间能方便地进行联接，每个模块也能方便地独立出来，这不但将简化整个产品的设计，而且可使产品的维修模块化，同时便于模块的重复使用和回收。（2）模块化设计（3）面向拆卸的设计可拆卸性设计准则目标设计准则减少拆卸的工作量减少所用材料的种类、采用互相兼容的材料、尽量将各部件结合成模块、将有害材料组装成特定模块、有价值及可重复使用的零件应容易拆卸产品可预见性避免易老化及腐蚀材料的连接、避免零部件被污染和腐蚀易于拆卸减少紧固件数量、尽量采用相同的紧固方法、易于接近拆卸点、避免在塑料部件中嵌入金属件易于分离尽量避免二次处理（油漆、涂层、电镀等）、对不同材料进行标识或用颜色加以识别减少多样性利用标准零部件、最大程度的减少紧固件类型可回收性设计:•在产品设计初期充分考虑其零件材料的回收可能性、回收价值大小、回收处理方法、回收处理结构工艺性等与回收性有关的一系列问题，最终达到零件材料资源、能源的最大利用，并对环境污染为最小的一种设计思想和方法。设计思想:•产品设计师能考虑产品生命周期的全过程，既减少了对环境的影响，又使资源得到充分利用，同时还明显降低了产品成本。（4）面向回收的设计长寿命设计：•对产品功能和经济性进行分析的基础上，采用各种先进的设计理论和工具，使设计出的产品能满足当前和将来相当长一段时间内的市场需求。设计思想：•有效地减少各种原材料、资源的使用，并相应地也减少产品报废、产品处理的费用。（5）产品的长寿命设计•①通过分析产品及其零部件失效的原因，改进产品设计，从而提高产品的质量、可靠性以及维修性，达到延长产品寿命的目的。•②利用模块化设计、开放性设计、可维修性设计、可重构性设计和技术预测以及软硬件的可升级设计等设计理论和方法，最大限度地减少产品过时和淘汰。节能设计：设计合理的产品结构、功能、工艺或利用新技术、新理论使产品在使用过程中消耗能量最少、能量损失最少。•在产品的设计阶段，对其使用造成的能源消耗问题应给予足够的重视。•面向能源节省也关系到产品的储存和运输环节，产品的运输也需要消耗能源，产生污染。（6）产品的节能设计虚拟产品开发技术：以计算机仿真和产品全生命周期建模为基础。集计算机图形学、人工智能、并行工程、网络技术、多媒体技术和虚拟现实技术等诸多技术为一体，在虚拟条件下，对产品进行构思、设计、制造、测试和分析。•可实现设计与过程的集成，还可有效地组织市场信息、技术信息、资源信息等，促进异地分布式协同产品开发的实现，为创新产品开发提供较好的运行条件和机制。•能缩短产品开发周期，节省制造成本；减少生产过程中不必要的浪费，对有效节约资源具有重要的意义。（7）产品的虚拟设计产品设计的设计流程：按照产品的一般规律，遵循分阶段按时间顺序模型展开的设计进程和步骤。新产品开发流程：需求分析阶段-新构想发展的阶段-提案阶段-设计提案评估阶段-设计定案表现和细节设计-提案、移交-技术或生产单位。绿色设计过程：需求分析、提出明确的设计要求、概念设计、初步设计、详细设计和设计实施，如图8-3所示。8.4绿色设计流程需求分析设计要求概念设计初步设计详细设计设计实施设计评价设计策略图8-3产品绿色开发流程图绿色设计的目的：在设计出高质量、经济、有效的产品的同时也要尽可能考虑到产品各方面的环境因素。绿色设计流程：绿色产品规划，绿色产品方案设计，绿色材料选择，绿色设计方法，绿色包装设计等，详见图8-4。8.4.1绿色产品设计流程基本构架绿色产品规划绿色产品方案设计绿色产品材料选择绿色设计方法与技术系统绿色产品结构设计绿色产品包装设计绿色产品回收处理·避免有